Meranie aktívneho, reaktívneho a plného výkonu

Výkon je dôležitým faktorom pri posudzovaní účinnosti elektrického zariadenia v systéme mriežky. Použitie jeho limitných hodnôt môže viesť k preťaženiu siete, núdzovým situáciám a zlyhaniu zariadenia. Aby sme sa chránili pred týmito negatívnymi dôsledkami, je potrebné pochopiť, čo je aktívna reaktívna a plná moc.

Určenie výkonu

Napájanie, ktoré sa v skutočnosti spotrebuje alebo používa v obvode striedavého prúdu, sa nazýva aktívne, v kW alebo v MW. Energie, ktoré sa neustále mení smer a pohybuje sa ako smerom k obvodu a reaguje na seba, tzv reaktívne, v kV (kvar) alebo MVaR.

Je zrejmé, že výkon sa spotrebuje len s odporom. Čistý induktor a čistý kondenzátor ho nekonzumujú.

Čistý odporová prúd obvod je vo fáze s priloženom napätia, zatiaľ čo v čistej indukčnej cievky a kapacitného prúdu je posunutá o 90 stupňov: Ak je indukčná záťaž pripojená k sieti, stráca napätie v uhle 90 stupňov. Pri pripájaní kapacitného zaťaženia sa prúd posunie o 90 stupňov v opačnom smere.

V prvom prípade sa generuje aktívny výkon a v druhom prípade reakčný výkon.

Výkonný trojuholník

Celkový výkon je vektorový súčet aktívneho a jalového výkonu. Prvky plného výkonu:

• Active, P.
• Reaktívne, Q.
• Complete, S.

Reaktívna energia nefunguje, je reprezentovaná ako imaginárna os vektorového diagramu. Aktívne napájanie funguje a je skutočnou stranou trojuholníka. Z tohto princípu rozptýlenia energie je jasné, čo je meraná aktívna sila. Jednotka pre všetky typy energie je watt (W), ale toto označenie sa zvyčajne priradí aktívnej zložke. Celkový výkon je podmienene vyjadrený vo VA.

Jednotka pre Q zložky, vyjadrené ako var, čo zodpovedá reaktívne volt-ampérov. Neprevádza žiadnu čistú energiu do záťaže, avšak v elektrických sieťach vykonáva dôležitú funkciu. Matematický vzťah medzi týmito vektormi môžu byť reprezentované alebo vyjadriť pomocou komplexné čísla, S = P + j Q (kde j - imaginárna jednotku).

Výpočet energie a výkonu

Priemerný výkon P vo wattoch (W) sa rovná energii spotrebovanej E v jouloch (J), delené intervalom t v sekundách (sekundách): P (W) = E (J) / T (S).

Keď je prúd a napätie vo fáze 180 stupňov, PF je záporné, záťaž dodáva elektrinu do zdroja (príkladom je dom so solárnymi panelmi na streche, ktorý dodáva energiu do mriežky). príklad:

• P je 700 W a fázový uhol je 45,6;
• PF sa rovná cos (45, 6) = 0, 700. Potom S = 700 W / cos (45, 6) = 1000 VAA.

Pomer aktívneho na plný výkon sa nazýva výkonový faktor (PF). Pre dva systémy, ktoré prenášajú to isté množstvo aktívneho zaťaženia, systém s nižším PF bude mať veľké prúdové prúdy vďaka elektrickej energii, ktorá sa vracia. Tieto veľké prúdy vytvárajú veľké straty a znižujú celkovú účinnosť prenosu. Obvod s nižším PF bude mať väčšie plné zaťaženie a vyššie straty pre rovnaké množstvo aktívneho zaťaženia. PF = 1, 0, keď je fázový prúd. Je to nulové, keď prúd prúdi alebo zaostáva za napätím o 90 stupňov.

Napríklad, PF = 0,68, a znamená, že iba 68 percent z celkového počtu dodáva prúd v skutočnosti robiť prácu, zvyšných 32 percent sú reaktívne. Výrobcovia verejných služieb neúčtujú spotrebiteľom za reaktívne straty. Avšak, ak je zdroj klient zaťaženie má neefektívnosti, čo vedie k tomu, že PF klesne pod určitú úroveň, nástroje môžu spoplatniť zákazníkov pokryť nárast využívania paliva v elektrárňach a zhoršenie lineárneho výkonu siete.

Charakteristiky úplnej S

Vzorec plnej sily závisí od aktívneho a jalového výkonu a je reprezentovaný ako energetický trojuholník (Pythagorovu vetu). S = (Q2 + P2) 1/2, kde:

• S = kompletné (meranie v kilovolt-ampére, kVA);
• Q = reaktívna (reaktivita na kilovolty, kVAR);
• P = aktívny (kW, kW).

Meria sa vo voltových ampéroch (VAA) a závisí od napätia vynásobeného celým prichádzajúcim prúdom. Toto je vektorová súčet zložiek P a Q, ktoré hovoria, ako nájsť celkový výkon. Jednofázová sieť: V (V) = ja (A) x R (Ω).

P (W) = V (V) x ja (A) = V 2 (V) / R (Ω) = ja 2 (A) x R (Ω).

Trojfázová sieť:

Napätie V vo voltoch (V) je ekvivalentné prúdu I v ampéroch (A) vynásobenom impedanciou Z v ohmoch (Ω):

V (V) = ja (A) x Z (Ω) = (| ja | x | Z |) ∠ ( θ ja + θ Z ).

S (VA) = V (V) x ja (A) = (| V | x | ja |) ∠ ( θ V - θ ja ).

Aktívne P

Toto je výkon, ktorý sa používa na prevádzku, jeho aktívnu časť meranú v W a je sila spotrebovaná elektrickým odporom systému. P (W) = V (V) x ja (A) x cos φ

Reaktívny Q

Nepoužíva sa na vytváranie sietí. Q sa meria vo voltoch amér (VAR). Zvýšenie týchto ukazovateľov vedie k poklesu faktora účinnosti (PF). Q (VAR) = V (V) x ja (A) x sin φ.

Koeficient efektívnosti siete

PF je určený rozmermi P a S, vypočítava sa podľa Pythagorovej vety. Považujeme kosínus uhla medzi napätím a prúdom (nesinusový uhol), fázový diagram napätia alebo prúdu z energetického trojuholníka. Koeficient PF sa rovná absolútnej hodnote kosínusu komplexného uhla fázovej energie (φ): PF = cosφ | Účinnosť energetického systému závisí od koeficientu PF a na zvýšenie účinnosti použitia v systéme elektrickej energie je potrebné ho zvýšiť.

Kapacitné a indukčné zaťaženie

Uložená energia v elektrických a magnetických poliach za podmienok zaťaženia, napríklad z motora alebo kondenzátora, spôsobuje skreslenie medzi napätím a prúdom. Keď prúd preteká cez kondenzátor, akumulácia náboja spôsobí na ňom opačné napätie. Toto napätie sa zvyšuje na určité maximum diktované štruktúrou kondenzátora. V sieti so striedavým prúdom na kondenzátore sa napätie neustále mení. Kondenzátory sa nazývajú zdrojom reaktívnych strát a tým spôsobujú vedúce PF.

Indukčné stroje sú jedným z najbežnejších typov nákladu v systéme elektrickej energie. Tieto stroje používajú induktory alebo veľké drôtové zvitky na ukladanie energie vo forme magnetického poľa. Keď prúd prechádza cez cievku, induktor silne odolá tomuto zmenám prúdu a magnetického poľa, čo vytvára časové oneskorenie s maximálnou hodnotou. To spôsobí, že prúd zaostáva za fázovým napätím.

Tlmivky absorbujú Q a preto spôsobujú oneskorené PF. Indukčné generátory môžu podávať alebo absorbovať Q a poskytujú mieru kontroly prevádzkovateľov systému cez Q a napäťový prúd. Pretože tieto zariadenia majú opačný účinok na fázový uhol medzi napätím a prúdom, môžu sa použiť na vzájomné zrušenie účinkov. Zvyčajne to má formu kondenzátorových bánk, ktoré sa používajú na potlačenie oneskoreného PF spôsobeného asynchrónnymi motormi.

Hasiaca energia v napájacích sieťach

Aktívny reaktívny a plný výkon určuje hlavný faktor PF na posúdenie účinnosti používania elektrickej energie v systéme rozvodnej siete. Ak je PF vysoká, potom možno povedať, že elektrická energia sa účinnejšie využíva v energetickom systéme. Keďže PF je slabý alebo klesajúci, efektívnosť využívania elektrickej energie v energetickom systéme je znížená. Nízky PF alebo jeho pokles je spôsobený rôznymi dôvodmi. Ak chcete zvýšiť PF, existujú špeciálne spôsoby korekcie.

Používanie kondenzátorov je najlepší a účinný spôsob zvýšenia efektívnosti siete. Metóda, známa ako reaktívna kompenzácia, sa používa na zníženie zdanlivého toku energie na zaťaženie znížením reakčných strát. Napríklad na kompenzovanie indukčného zaťaženia je v blízkosti samotného zaťaženia namontovaný skondový kondenzátor. To umožňuje, aby kondenzátor spotreboval všetky Q a nepreniesol ich cez prenosové vedenia.

Tento postup šetrí energiu, pretože znižuje množstvo energie, ktorá je potrebná na vykonanie rovnakého množstva práce. Okrem toho umožňuje použitie účinnejších návrhov prenosové vedenie s použitím menších drôtov alebo menej vodičmi s konektormi a optimalizovať konštrukciu vysielačoch.

Pre udržanie napätia v optimálnom rozsahu, a aby sa zabránilo javom nestability, v optimálnych miestach systéme elektrickej siete stanoviť iné nastavenie fázy zariadenie, ako aj rôzne spôsoby reaktívne ovládanie.

Navrhovaný systém rozdeľuje tradičnú metódu regulácie napätia a Q:

• regulácia napätia na nastavenie napätia sekundárnej zbernice rozvodní;
• regulácia Q na nastavenie primárneho napätia zbernice.

V tomto systéme sú v rozvodniach inštalované dva typy zariadení na interakciu monitorovania napätia a Q monitorovania.

Regulácia napätia a jalového výkonu

Ide o dva aspekty jedného vplyvu, ktoré podporujú spoľahlivosť a uľahčujú obchodné transakcie v prenosových sieťach. Na napájacom systéme je napätie riadené riadením výroby a absorpcie Q. Existujú tri dôvody, prečo je tento typ ovládania potrebný:

1. Zariadenie energetického systému je navrhnuté tak, aby pracovalo v rozsahu napätia, zvyčajne v rozsahu ± 5% menovitého napätia. S nízkonapäťovým zariadením nefunguje dobre, žiarovky poskytujú menej osvetlenia, asynchrónne motory sa môžu prehriať a poškodiť a niektoré elektronické zariadenia nebudú vôbec fungovať. Vysoké napätie môže poškodiť zariadenie a skrátiť jeho životnosť.
2. Q spotrebuje prenosové a generačné zdroje. Aby sa maximalizoval skutočný výkon, ktorý sa dá prenášať prostredníctvom preťaženého prenosového rozhrania, musia byť Q toky minimalizované. Podobne produkcia Q môže obmedziť skutočnú silu generátora.
3. Hnacia reaktanta v prepravnej sieti nesie skutočné straty energie. Na kompenzáciu týchto strát je potrebné kompenzovať energiu a energiu.

Prenosový systém je nelineárnym používateľom Q v závislosti od zaťaženia systému. Pri veľmi malom zaťažení systém generuje Q, ktorý musí byť absorbovaný, a pri veľkom zaťažení systém spotrebuje veľké množstvo Q, ktoré je potrebné vymeniť. Požiadavky systému Q závisia tiež od konfigurácie generovania a prenosu. V dôsledku toho sa systémové reaktívne požiadavky menia s časom ako úrovne zaťaženia a modely zaťaženia a zmena generácie.

Systém má tri kontrolné účely a napätie Q:

1. Musí udržiavať dostatočné napätie v celom prevodovom a distribučnom systéme pre súčasné i nepredvídané podmienky.
2. Zabezpečte minimalizáciu preťaženia skutočných tokov energie.
3. Snažte sa minimalizovať skutočné straty energie.

Systém objemovej energie pozostáva z viacerých zariadení, z ktorých každá môže byť chybná. Systém je tak navrhnutý tak, aby odolal zlyhaniu jednotlivých zariadení a pokračoval v práci v záujme spotrebiteľov. To je dôvod, prečo elektrický systém vyžaduje skutočné rezervy kapacity na to, aby reagoval na nepredvídané okolnosti a udržiaval Q rezervy.